南京大学成为继清华大学、北京大学、浙江大学、中国科学技术大学之后，中国第五所连续两年Nature\Science“一作+通讯”达到10篇的高校。

南京大学本年度第12篇正刊来了

12月18日，南京大学化学化工学院黄小强特聘研究员，梁勇教授、中国科学技术大学/中国科学院强磁场科学中心田长麟教授作为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表了题为“A light-driven enzymatic enantioselective radical acylation”的研究论文。南京大学化学化工学院博士研究生许园园、南京大学化学化工学院特任副研究员陈红威和中国科学院强磁场科学中心于璐副研究员为论文的共同第一作者。

南京大学为本论文的第一完成单位。南京大学2023年的Nature/Science论文已达到12篇，其中有10篇Nature/Science为“一作+通讯”。

值得注意的是，南京大学已连续第两年Nature\Science“一作+通讯”达到10篇。

科研团队开发了焦磷酸硫胺素（ThDP）依赖酶和光催化协同的双催化新体系，该体系是自然界中全新的、现有化学方法难以实现的全新分子生化体系，不仅极大地扩展了酶的催化功能、为绿色生物制造提供了丰富元件，还为化学领域的手性精准控制难题提供了新策略，有望引领光生物制造新方向。

创制新光酶元件，引领光生物制造新方向

作为当下中美大国竞争的焦点领域，生物制造是变革工业可持续发展最有希望的绿色技术之一。然而，生物制造的“芯片”——酶，面临催化功能相对有限、我国的自主率低等问题。如何创制新酶元件、解决当前合成面临的问题，是化学研究的科技前沿热点。

在自然界中，焦磷酸硫胺素依赖的苯甲醛裂解酶，催化的是双电子的（可逆的）苯甲醛到安息香的转化。受这一类酶的启发，合成化学家发展了一系列仿生氮杂环卡宾催化剂，并于近期用于催化自由基反应。综合利用仿生和化学模拟的思路（图1），研究团队利用可见光激发和定向进化手段，将ThDP依赖的苯甲醛裂解酶“重塑”为自由基酰基转移酶（RAT），实现了一例非天然的高对映选择性的自由基-自由基偶联反应。该成果首次将ThDP依赖酶用于催化非天然的自由基转化，同时实现了有机氮杂环卡宾催化不能达到的低催化剂负载量和高立体选择性的效果。

图1：融合化学与生物，开发新生物合成体系

团队以4-甲氧基苯甲醛1a和自由基前体氧化还原活性酯2a作为模板底物，探索了有机染料曙红Y和ThDP依赖酶的催化体系。随后通过分子动力学模拟和半理性设计构建了小而精的突变体库，能够快速、低成本地获取最优突变体酶。该体系有非常好的底物耐受性，能够接受的底物包括各种邻、间、对位取代的芳香醛、杂环芳香醛和各种取代基的羧酸衍生物。文章展示了35个例子，对映选择性最高达97% ee，凸显了酶可调的活性口袋对于游离自由基立体化学的精妙调控作用。

图2：底物谱拓展

团队对该双催化体系提出了机理假设：在绿光照射下，激发态曙红Y选择性地氧化酶口袋内的Breslow中间体，生成焦磷酸硫胺素结合的稳态自由基，同时氧化还原活性酯类的自由基前体以生物兼容的方式在体系中产生瞬态自由基，从而在酶口袋内发生非天然的酶促自由基-自由基交叉偶联反应。研究团队通过机理湿实验、电子顺磁共振谱学研究和理论计算等方法，对机理开展了详细研究，揭示了新酶反应性的关键以及高立体化学选择性的来源。

作者介绍

黄小强，南京大学化学化工学院特聘研究员，博士生导师。1991年出生于福建，2009-2015年在北京大学药学院完成本硕连读（导师：焦宁教授），2019年于德国马尔堡大学获得博士学位（导师：Eric Meggers），2019到2021年在美国伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究（合作导师：Huimin Zhao）。2021年4月，加入南京大学化学化工学院化学生物学学科、化学和生物医药创新研究院，任tenure-track PI。已在Nature, Nat. Catal., Nat. Commun., JACS, ACIE, Acc. Chem. Res.等期刊发表多篇论文。

梁勇，南京大学化学化工学院教授、博士生导师。2005年获北京大学学士学位；2010年获北京大学理学博士学位。2014年江苏特聘教授，2015年国家级青年人才计划入选者，2017年中国化学会—物理有机化学新人奖，2019年江苏省“双创”团队领军人才，2020年霍英东教育基金会第十七届高等院校青年教师奖，南京大学本科优秀毕业论文特等奖指导教师，南京大学“我最喜爱的研究生生涯导师”，2021年南京大学魅力导师奖，2022年南京大学青年五四奖章

转自：“TOP大学来了”微信公众号

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